собрал милливольтметр сигма-дельта типа на МСП430 по схеме slaa104 . теперь возник вопрос. В моей задаче напряжения двухполярные, тоесть могут быть в диапазоне -3 В ..+3 В. Как можно изменить схему для того чтобы сместить диапазон?

Нуно сдвинуть входной сигнал на половину диапазона т.е. на 1,5В. Для этого сгодится суматор на резисторах и ОУ (ОУ для согласования сопротивлений), еще нужно иметь опорник на схеме.

В данном случае половина диапазона это 3в

Конечно же.
Имелось ввиду что нужно привести входное напряжение -3...0...+3В к 0...1,5...+3В. 0 входного будет соответствоть 1,5В на ножке АЦП.
Для экономии разрядов, я делал выпрямитель на ОУ. Знак получал (логический) со схемы выпрямления.
Какя точность Вам нужна, автор?

сумматор на резисторах это как? делитель знаю а сумматор... это что-то типа этого?Сумматора
это источник опорного напряжения? а куда его и зачем он там? может будт проще и дешевле (в плане енергопотребления) прилепить двухполярный АЦП да и все тут..


точность +-1 мВ

Это типа так:
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Опорник может быть? напрример REF193. Вход также подать на сумматор через буфер (см включение ОУ на картинке)

Может и проще, но не дешевле.

Так для такой точности нужно 13бит АЦП (1/6000), в идеальном случае, а лучше все 14.

Поскольку автор упоминает "милливольтметр сигма-дельта" "по схеме slaa104", то там разрядность определяется количеством выборок преобразования, а разрешение - величиной питания и длительностью одной выборки. Насколько я помню при тактовой частоте 8МГц за 10 мс легко получается 11 разрядов.

rezident прав, в этом типе АЦП можно получить хоть 64 разряда, другое дело что частота семплирования будет ... да и это никоим образом не булдет отражать точность такого АЦП.
что-до диапазонов и чувствительности, то это будет двухканальный прибор, на одном канале чувствительность 1мВ в диапазоне +-1,5В, а другой канал чувствительностью 10 мВ в диапазоне не менее +-3В.
Неужели без отдельного опорника не обойтись??
А если просто поставить сумматор без повторителя, и в качестве опоры использовать GND? Чем это грозит?

Что вы подразумеваете под термином "чувствительность"? Разрешение АЦП?
В качестве опроного напряжения в этом АЦП из slaa104 используется напряжение питания. Если вам нужны стабильные параметры АЦП, то вы должны хорошо стабилизировать питание MSP430. Оптимальным было бы запитать его от ИОН.
Как вы не изгаляйтесь, но входной сигнал, поступающий на вход встроенного компаратора MSP430 должен находится внутри диапазона напряжений определяемых Absolute Maximum Ratings -0.3V...Vcc+0.3V. А если вам нужна еще и линейная характеристика преобразования, то входное напряжение для компаратора ограничено еще строже 0V...Vcc-1V. Так что допустимый входной диапазон напряжений для такого Sigma-Delta ADC будет 0V...2V при питании 3V. И входное двуполярное напряжение нужно приводить именно к этому диапазону. Я бы на вашем месте все же сделал смещение уровня на м/с сдвоенного ОУ. На одном делитель VCC 1:3, а на втором смещение с масштабированием. Или взял бы другой кристалл MSP430 с уже готовым ADC.
У вас диапазон входного сигнала +3В-(-3В)=6В. Значит, если привести его к диапазону 2В, то при разрешении на входе устройства 1мВ АЦП должен иметь разрешение не хуже 0,3мВ или 2,0В/0,3мВ=6667, не менее 13-и разрядов. При опоре 2,5В и приведении входного сигнала к диапазону 0В...2,5В, не хуже 0,4мВ. 2,5В/0,4мВ=6250 не хуже тех же 13-и разрядов. Так, что вам подойдет кристалл MSP430 со встроенным 16-и разрядным сигма-дельта АЦП SD16A. Хотя в принципе, используя внеполосный шум и математические методы усреднения можно получить 13 разрядов и на 12-и разрядном ADC12. У нас даже 13,5 разрядов на нем получались.

И как Вы представляете себе, при этом, чтоб напряжение -3В "превратилось" в 0 вольт?
ЗЫ согласен, мужики, там ведь АЦП построено на основе ЦАПа (на ШИМ) и компаратора. 64бита, Вы конечно же загнули, но приемлемое к-во бит можно получить

Ну вобщем да... наверное я имел в виду разрешение АЦП.
Про опорник, то я так и хотел, запитать МК от него, потому мне так и интересно про то нужен ли он еще один и куда его приткнуть, вобщем надо было мне в самом начале сказать про свои планы =))).
Вот про делители с сумматорами на операционных усилителях найти как-то ну не получается у меня... Может конечно все не так просто как мне кажется, но то что нахожу как-то непонятно.

Хм... действительно никак. Перепутал GND c Vcc голова совсем не варит сегодня. Или с Всс тоже не получится?

Хм... VCC можно использовать, но как уже упоминал rezident, нужно использовать стабильный источник питания (опорник), для получения желательной точности.

а какой бы вы посоветовали усилитель для реализации ваших рекомендаций??

Rail-to-Rail ОУ работающий при 3В.

Я бы посоветовал чё нибуть из разряда rail-to-rail, http://www.compitech.ru/html.cgi/arhiv/01_03/stat_36.htm

Ну например AD8605, главное Rail-to-Rail, ну и смещение нуля меньше требуемой погрешности.

Пересмотрел еще раз даташит на проц, там ведь на "входе АЦП" стоит вход компаратора, это значит что входное сопротивление будет большим и повторитель на ОУ (как на моей схеме) можно не ставить. ОУ нужно будет установить на входе, также повторитель (перед резистором на 10к и линией IN).

Да, есть там такое, в связи с чем помогите разобраться, вот если у меня будет диапазон попадать в те 2 вольта о которых говорил rezident, тоесть мне не надо будет ставить делители, а только сместить напряжение на 1 вольт, то можно ли пользоваться вот такими схемами как в аттаче?

Вот вам готовая схема сдвига уровней.
Резистор RCAin не нужен, он на схеме просто иммитирует вход встроенного в MSP430 компаратора.

спасибо, есть над чем поразмышлять =))

Понимаю что много вопросов...
И все-таки, почему необходимо отделять буфером источник напряжения смещения? Я имею в виду случай когда нужно только смещать, скажем на 1в. вот та схема что у меня справа, где в ней ошибки?

Можна мне Вам парочку вопросов?
- покажите направление тока когда подключён Ваш источник сигнала через конденсатор?
- расскажите мне как будет изменяться ток при различных выходных сопротивлениях источника, а соответственно и падения напряжений на резисторах? Что тогда будет с уровнем смещения?

-конденсатора не будет. сниматься будет не сигнал, а некий потенциал в пределах +-3В который сам-по себе постоянный.
-Плохо, плохо что я этого всего не знаю.... Я просто пытаюсь в этом разобраться, вспомнил закон Кирхгофа и давай думать... Ну насчет сопротивлений источника , то ток будет изменяться обратно пропорционально сопротивлению источника. Надо ли учитывать входное сопротивление компаратора в этой оценке?
Что будет с уровнем смещения даже не представляю.
Но если исходить из того что у нас меняется сопротивление источника, то почему его не отделить буфером? почему именно источник сдвигающего напряжения??

Потому, что это источник напряжения. Идеальный источник напряжения имеет бесконечно малое сопротивление. Я поставил буфер на ОУ, чтобы устранить влияние сопротивлений делителя напряжения на потенциал в средней точке делителя. Можно конечно просто резисторы в этом делителе поставить низкоОмные, но тогда теряется смысл в низком потреблении остальных компонентов. А так, если взять Low-Power ОУ, то вся эта схема смещения будет потреблять не более 100 мкА.
В принципе учитывать нужно все, но у MSP430 входные токи компаратора не превышают токов утечки GPIO, т.е. не больше чем ±50нА. В данных условиях можно смело забить на них.
В моей схеме входное сопротивление определяется резистором R1. Если выходное сопротивление источника достаточно высокое (выше 1кОм), то входной буфер нужен обязательно (только питать его нужно от двуполярного напряжения). Я ведь изначально предлагал сделать всю схему на сдвоенном ОУ.

Спасибо, очень доходчиво и конкретно.
Значит если я правильно понял, то все источники напряжения в которых будет изменятся выходное сопротивление (существенно относительно резисторов сумматора) лучше отделять буфером?
про сам входной буфер то это обязательно чтобы питание было двухполярным, или можно использовать рейл-ту-рейл с однополярным питанием?(в каталогах видел такие)

О, и еще по ходу, если я питать контроллер буду от ИОН-а то будет ли изменяться его выходное сопротивление в зависимости от состояния батарей, или еще от чего?

но оно то не 100кОм???
Да, я помню про сдвоенный, но ведь понять почему это гораздо лучше чем просто использовать готовое решение, особенно если совсем не понимаешь что к чему =))

Не обязательно. ОУ в буферном включении ведь чем характеризуется: высокое входное сопротивление и сравнительно низкое выходное. Я сначала промоделировал вашу левую схему ( с 4-ми резисторами) и пришел к выводу, что там лучше поставить буфер. А вовсе не с потолка взял это решение.
Дык вы посмотрите datasheet любого ОУ, даже Rail-to-Rail. У подавляющего большинства из них "рельсы" проложены аккурат по питаниями. Диапазон входных (максимально допустимых!) напряжений от -0,3В ниже "нижнего" питания и +0,3В выше "верхнего" питания. Если вы запитаете ОУ от униполярного источника, то -3В прямо на вход вы подавать не сможете. Точнее подать-то можно, но работать не будет Либо придется использовать что-то типа инвертирующего включения и смещать прямо по входу. Ну и на выходе такой (униполярной) схемы вы чистый 0В тоже не получите, даже на самом супер-пуперском "рельсовом" ОУ. Я вам предложил решение, где суммирование на резисторах происходит, поэтому при -3В на входе, в точке суммирования токов получается нормальные 0В.
ВЫходное сопротивление ИОН меняться не должно, а вот Входное возможно. Какую опору собираетесь использовать?

Точно, я и не заметил что это та левая схема =)) Тоесть получается что в Вашей схеме входное сопротивление будет (100к+51к+Rвых ОУ), и если выходное сопротивление буфера низкое то оно буде ок 150кОм? Не то что бы это было много или мало, но я не знаю с каим диапазоном выходных спротивлений источников я буду иметь дело, поэтому мне хотелось побольше=))
А правая схема нежизнеспособна, ну при условии конечно что будет стоять буфер на входе и на питании (или ИОН)? У меня такое чувство что входное сопротивление будет высоким.
Ну да это логично("рельсы" проложены аккурат по питаниями), что-то и у меня в голове такое крутилось. Все-таки сделаю двухполярное питание, тем-более что ЖКИ тоже его требует. ну и для ОУ питание тоже требуется стабилизировать максимально как я понимаю.
Кстати про ОУ, мне нужен Рельсовый, с двухполярным питанием, и сдвигом ноля меньше 1мВ, да еще и малопотребляющий. На сайте maxim-ic.com (ну это к примеру) таких совсем немного (я нашел только два) и они у нас не продаются. Как бы с такой ситуацией быть? может я слишком много требую??
ИОН. я не думал об этом, на скорую рукуесли, то получается что на напряжение 3В, с точностью 1мВ (0,03%) то тоже выбор небольшой, всеаки "Ultra-High-Precision" или тоже перебор с требованиями??

Около этого. Но при условии, что выходной сигнал не выйдет из диапазона -3В...+5В. Иначе защитные диоды MSP430 приоткроются и сопротивление до 100кОм упадет.
Эта схема на двух резисторах не позволяет эффективно использовать весь рабочий диапазон входных напряжений вашего сигма-дельта АЦП. Сами догадаетесь почему?
А почему вы ограничиваете поиск только сайтом Maxim? ОУ производят многие фирмы: National Semiconductor, Texas Instruments, Analog Devices, Liner Technology, Microchip и т.д. У всех них параметрический поиск на сайтах имеется. Или вот, например, параметрический поиск прямо на сайте продавца Терраэлектроника.
Опять же смотрите не только на сайте Maxim, но еще и у вышеперечисленных производителей. Если у вас батарейное питание от 3В, то ИОН нужен на 2,5В. Если 3,6В/3,7В, то наверное можно и 3В. Но по-моему ИОН на 2,5В более распространены.
Насчет начальной точности ИОН. Какую точность измерения вы хотите получить? Только при ответе на этот вопрос не нужно разрешение АЦП путать с точностью измерения. Потому, что если вы захотите получить относительную погрешность измерения не хуже 1мВ на входе устройства, да еще и, например, для всего температурного диапазона Industrial (-40єC...+85єC), то ИОН вам потребуется со стабильностью не хуже (2В-0В)/(3В-(-3В)*1мВ /(85єC-(-40єC))=2,66мкВ/єC или (для REF=2.5В) ±1ppm/єC. А вот это будет уже действительно большо-о-ой проблемой.

Защитные диоды??? не знал про такую подробность... Это чем-то чревато, ну кроме того что они откроются?
Вот если догадываться, то как-то неочень получается. А вот если смоделировать (кстати, а вы чем моделировали?), то становится ясно, что получается только сдвиг, никакого деления не получается (правда, если поставить вместо non-ideal-battary просто dc-power, то получается промасштабировать "снизу" тоесть так как я и хотел. Для меня это явление остается загадкой)

Ну да, я понимаю что есть другие производители, это просто был поиск наскорую руку у поставщика с которым мне было удобно работать=))

Точность. Это большой вопрос, вот кабы только мне работать с этим прибором, то я бы не парился по этому поводу, поскольку прибор играет больше индикативную роль, тоесть важна не точность или чувствительность, а фиксация изменений, а там уже и величины на порядок больше. Но, кроме меня тоже есть потребитель, поэтому хотелось бы...
Посмотрев на аналогичный прибор,я нашел что у него точность 0,5% , тоесть видимо она заявлена исходя из их опорника(??).


Защитные диоды??? не знал про такую подробность... Это чем-то чревато, ну кроме того что они откроются?
Вот если догадываться, то как-то неочень получается. А вот если смоделировать (кстати, а вы чем моделировали?), то становится ясно, что получается только сдвиг, никакого деления не получается (правда, если поставить вместо non-ideal-battary просто dc-power, то получается промасштабировать "снизу" тоесть так как я и хотел. Для меня это явление остается загадкой)

Ну да, я понимаю что есть другие производители, это просто был поиск наскорую руку у поставщика с которым мне было удобно работать=))

Точность. Это большой вопрос, вот кабы только мне работать с этим прибором, то я бы не парился по этому поводу, поскольку прибор играет больше индикативную роль, тоесть важна не точность или чувствительность, а фиксация изменений, а там уже и величины на порядок больше. Но, кроме меня тоже есть потребитель, поэтому хотелось бы...
Посмотрев на аналогичный прибор,я нашел что у него точность 0,5% , тоесть видимо она заявлена исходя из их опорника(??).

Во-первых, чревато тем, что измерение будет неверным (нелинейная шкала преобразования выходит). Во-вторых, входной ток будет суммироваться (с учетом знака напряжения) с выходным током вашего ИОН, от которого питается MSP430, повышая/понижая это напряжение питания.
Я моделировал с помощью MicroCap8. В случае с двумя резисторами происходит одновременно и сдвиг уровня и уменьшение амплитуды (деление). Но поскольку "сдвигающий потенциал" равен питанию, то входной сигнал получается слишком сдвинут выше нуля, либо имеет малую амплитуду. Еще раз повторяю, что рабочий диапазон входных напряжений (при условии линейного преобразования) для вашего АЦП 0В...2В при питании 3В (верхняя рельса встроенного компаратора Vcc-1V). Но даже и после требуемого масштабирования он будет составлять 2/3 от полной разрядности АЦП, т.к. опора на 1/3 выше "верхнего" допустимого значения входного напряжения.
Что означает это число? Относительную погрешность или относительную приведенную (основную и/или дополнительную)? Обычно указывают основную относительную приведенную (приведенную к диапазону изменения входного параметра) погрешность прибора. В таком случае в численном выражении она получается (3В-(-3В))*0,5%/100%=30мВ. Вы хотите существенно (на полтора порядка) увеличить точность прибора?

Про диоды ясно.
Про резисторы тоже, был бы внимательней, то сам бы зметил что сверху слишком много.

с сайта производителя:
диапазон измеряемой разности потенциалов, В
±0,001–±10 (канал1);
±0,001–±1 (канал2)
предел допускаемых значений основной погрешности измерений, не более, % 0,5
входное сопротивление, МОм, не менее 20
Другой прибор с такими же диапазонами:
Погрешность измерения в каждом из диапозонов не более -- + 0,2 % от максимального значения диапозона;
Так что это наверное как-раз то о чем Вы говорите. Но, что-то как-то не очень у меня укладывается, измерять скажм 2мВ с погрешностью 10мВ на одном канале и 100мВ на другом...
А ведь в процессе работы на это никто не обращал внимания. принималось что вот на 1 мВ меньше чем 30мВ и уже точка исключалась. а оказывается опгрешность то 10мВ.

есть ли в этом смысл?

Ну да это и есть относительная приведенная погрешность. Правда неизвестно основная или основная+дополнительная? Дополнительная погрешность возникает, например, при изменении температуры.
Ну не все так уж сумрачно Приводят относительную приведенную погрешность, а не относительную потому, что относительная зависит от величины входного параметра. Допустим АЦП у вас с шагом дискретизации 1мВ. Тогда сигнал 1В вы им измеряете с относительной погрешностью 0,001В/1В*100%=0,1%, а сигнал 0,1мВ с относительной погрешностью 0,001В/0,1В*100%=1%. Поэтому и приводят относительную погрешность к величине всего входного диапазона.
Судя по приведенным цифрам входного диапазона (1:10000), в приборе должен применяться АЦП с разрядностью не менее 16. А реально скорее всего 20-24-разрядный. Сделать сигма-дельта АЦП с такой разрядностью на компараторе MSP430 по-моему не очень реально. Хотя у вас диапазон поуже, может что-то и получится.